霍爾式傳感器原理及應(yīng)用

霍爾式傳感器原理及應(yīng)用第1頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)會(huì)受到洛倫茲力FL的作用洛倫茲力FL的方向由左手定則決定洛倫茲力的作用結(jié)果，使帶電粒子偏向c，d電極在垂直于B和I的方向上產(chǎn)生一感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)VH該現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)VH稱為霍爾電勢(shì)1.基本原理厚度為d的N型半導(dǎo)體薄片上垂直作用了磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)若在一個(gè)方向上通以電流IN型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子為電子

——它沿與電流的相反方向運(yùn)動(dòng)第2頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四第3頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四霍爾電勢(shì)VH的大小

由下式?jīng)Q定：(3-48)式中KH——霍爾常數(shù)，表示單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流下所得的開路霍爾電勢(shì)，取決于材質(zhì)、元件尺寸，并受溫度變化影響；

α——電流方向與磁場(chǎng)方向夾角，如兩者垂直，則sinα＝1。純金屬中自由電子濃度過高，霍爾效應(yīng)微弱，無實(shí)用價(jià)值半導(dǎo)體是霍爾元件的常用材料材料的厚度d愈小，則KH就愈大、靈敏度愈高第4頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四2.霍爾傳感器的應(yīng)用片芯是一塊矩形半導(dǎo)體薄片一般采用N形鍺、銻化銦、砷化銦、砷化鎵和磷砷化銦等長(zhǎng)邊兩側(cè)面焊有兩根控制電流極引線，短邊兩側(cè)面的中點(diǎn)焊以兩導(dǎo)線

輸出霍爾電勢(shì)霍爾芯片一般用非磁性金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝(3-48)式(3-48)可知，改變I或B，或兩者同時(shí)改變均會(huì)引起VH的變化利用該原理可以做成各種傳感元件霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)

第5頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四在磁場(chǎng)和控制電流的作用下，輸出端有電壓輸出使用時(shí)，I和B都可作為輸入信號(hào)，輸出信號(hào)正比于兩者的乘積建立霍爾電勢(shì)所需的時(shí)間極短(10-12~10-14)所測(cè)外界信號(hào)頻率可以很高(3-48)霍爾元件的基本電路

R為調(diào)節(jié)電阻，調(diào)節(jié)控制電流的大小VH兩端為霍爾電勢(shì)輸出端第6頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四霍爾元件可制成位移傳感器霍爾元件置于兩相反方向的磁場(chǎng)中在a、b兩端通入控制電流i左半產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)VH1和右半產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)VH2方向相反c，d兩端輸出電壓是VH1-VH2，若使初始位置時(shí)VH1=VH2，則輸出電壓為零。當(dāng)霍爾元件相對(duì)于磁極作x方向位移時(shí)，可得到輸出電壓VH=VH1-VH2，且ΔVH數(shù)值正比于位移量Δx，正負(fù)方向取決于位移Δx的方向霍爾元件傳感器既能測(cè)量位移的大小，又能鑒別位移的方向第7頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四霍爾元件在靜止?fàn)顟B(tài)下具有感受磁場(chǎng)的獨(dú)特能力霍爾元件的特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠體積小噪聲低動(dòng)態(tài)范圍大(輸出電壓變化范圍可達(dá)1000:1)頻率范圍寬(從直流到微波頻段)壽命長(zhǎng)價(jià)格低第8頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四可以廣泛應(yīng)用于測(cè)量：

位移可轉(zhuǎn)化為位移的力和加速度磁場(chǎng)變化應(yīng)用中不用永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)，而是用一個(gè)可變電流作激磁的可變磁場(chǎng)，輸出電壓就決定于控制電流和激磁電流的乘積——霍爾元件就成了一種兩個(gè)模擬信號(hào)的乘法器

第9頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四第10頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四第11頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四第12頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四第13頁，共16頁，2023年，2月20